(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管を挟んで放射線源と放射線検出器を対向配置して前記配管の長軸方向に走査し、前記放射線検出器の照射位置から放射線を前記配管に照射し撮影して得られた前記配管の透過データから、前記配管の断層像または立体像を構築する配管検査装置であって、
少なくとも1つの前記配管の透過データから配管のエッジ位置を特定する配管エッジ位置特定装置と、前記配管の形状情報を取得する配管形状情報取得装置と、前記照射位置と前記放射線検出器の検出素子との距離を取得する線源・放射線検出器距離取得装置と、前記配管のエッジ位置と前記距離と前記配管の形状情報とに基づいて前記照射位置からの前記配管の中心軸位置を検出する配管中心軸位置検出装置を有することを特徴とする配管検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の配管検査装置であって、前記配管の形状情報は前記配管の外径またはその半径であることを特徴とする配管検査装置。
【請求項３】
請求項１に記載の配管検査装置であって、前記配管の形状情報は前記配管の設計データから得られる配管外径またはその半径であることを特徴とする配管検査装置。
【請求項４】
請求項１に記載の配管検査装置であって、前記距離は前記検出器と前記放射線検出器との距離に基づいて得られることを特徴とする配管検査装置。
【請求項５】
請求項１に記載の配管検査装置であって、前記距離は前記照射位置が放射線検出器上に投影される位置であることを特徴とする配管検査装置。
【請求項６】
請求項１に記載の配管検査装置であって、前記配管中心軸位置検出装置は前記配管の中心軸位置を前記長軸方向の複数の位置に対して検出し、検出した前記配管の中心軸位置をつなげて連続した配管の中心軸位置を検出することを特徴とする配管検査装置。
【請求項７】
配管を挟んで放射線源と放射線検出器を対向配置して前記配管の長軸方向に走査し、前記放射線検出器の照射位置から放射線を前記配管に照射し撮影して得られた前記配管の透過データから、前記配管の断層像または立体像を構築する配管検査方法であって、
少なくとも1つの前記配管の透過データから配管のエッジ位置を特定する配管エッジ位置特定ステップと、前記配管のエッジ位置、前記配管の形状情報、及び前記照射位置と前記放射線検出器の検出素子との距離に基づいて、前記照射位置からの前記配管の中心軸位置を検出する配管中心軸位置検出ステップを有することを特徴とする配管検査方法。
【請求項８】
請求項７に記載の配管検査方法であって、前記配管の形状情報は前記配管の外径またはその半径であることを特徴とする配管検査方法。
【請求項９】
請求項７に記載の配管検査方法であって、前記配管の形状情報は前記配管の設計データから得られる配管外径またはその半径であることを特徴とする配管検査方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の配管検査方法であって、前記距離は前記検出器と前記放射線検出器との距離に基づいて得られることを特徴とする配管検査方法。
【請求項１１】
請求項７に記載の配管検査方法であって、前記距離は前記照射位置が放射線検出器上に投影される位置であることを特徴とする配管検査方法。
【請求項１２】
請求項７に記載の配管検査方法であって、前記配管中心軸位置検出ステップは前記配管の中心軸位置を前記長軸方向の複数の位置に対して検出し、検出した前記配管の中心軸位置をつなげて連続した配管の中心軸位置を検出することを特徴とする配管検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線源および放射線検出器を配管の長軸方向へ一並進移動させるラミノグラフィスキャンにより配管を検査する配管検査装置および配管検査方法に係り、特に、特定の場所に据え付けられた配管の内部を可視化して検査するのに好適な配管検査装置および検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力や火力等の発電プラントや、化学プラント、石油プラントに設置された配管の健全性を確保するために、断層撮影が可能なＸ線ＣＴのような装置を用いて、これらの配管内面を現地で非破壊検査するニーズが増加している。上記プラントの配管は狭隘な場所に設置されていることが多く、産業用に用いられている大型のＸ線ＣＴ装置を適用することが困難である。
【０００３】
現地でのプラント配管を断層撮影する方法として、特許文献１に示す方法がある。特許文献１の方法では、Ｘ線ＣＴ装置で必要とする角度よりも小さい角度でのみ撮影された複数の投影データ（以下、「不完全投影データ」）により断層像または立体像を構築することが可能である。配管検査では、配管の長軸方向に放射線源と放射線検出器をラミノグラフィスキャンさせて撮影している。
【０００４】
一方、不完全投影データではなく、検査する検査対象物の周囲を１８０°＋放射線ファンビーム角度から、或いは一般的には３６０°の角度方向から、撮影した複数の投影データである完全投影データに基づいて断層画像または立体像を構築する方法がある。この方法として、例えばモールドされた電子部品等の被検体を断層撮影する特許文献２に示す方法がある。
【０００５】
また、プラントの配管には内部を流れる流体の温度を維持するための保温材が装着されている場合が多く、現状では、検査の際に保温材を剥離し、検査終了後に再度装着しなおす必要があり、コストがかさんでいる。このため、保温材を装着したままでの非破壊検査が要望されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２７５３５２号公報
【特許文献２】特開平８−１１４５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されている撮影方法では、不完全投影データから断層像または立体像を構築するために、特許文献１に示すＸ線ＣＴ装置で使用されている画像再構成手法とは異なる手法が必要となる。この種の画像再構成手法は、一般的に反復計算により、逐次近似的に断層像または立体像を構築するアルゴリズムが用いられている。そのため、反復の初期に与える画像(以下、「初期画像」)が必要となる。この初期画像の位置が実際の被検体である配管の中心軸位置に対してずれている場合、逐次近似計算の過程において、このずれが最小化されるように計算される。そのため、初期のずれ量が大きいと計算時間が増加する。
【０００８】
一方、特許文献２記載されている撮影方法では、被検体を一回転させて得られたＸ線像の濃度情報から被検体の輪郭形状を得、その輪郭形状から被検体の真の回転中心位置を開示している。プラントの配管を一回転させることができなく特許文献２に記載された方法を適用できないことは明らかである。さらに、仮にプラントの配管を一回転できるとしても、回転して得られるのは配管を回転させる回転中心であって、配管の中心軸位置を検出できない。
【０００９】
また、特許文献１に記載されている撮影方法の場合、撮影装置は被検体である配管の据え付け位置にあわせて設置する必要がある。このような場合、配管に対して常に同じ位置に撮影装置を設置するのは困難であり、できたとしても位置の調整に膨大な時間がかかり現実的ではない。特に保温材が装着された状態では保温材の中のどの位置に配管があるのかを、保温材の外側から目視で確認することは不可能であるため、常に同じ位置に装置を設置することはできない。
【００１０】
以上より、特に保温材が装着された配管の断層像または立体像を作成する場合に、初期画像と実際の被検体の中心軸位置とのずれが容易に発生し、計算時間が増加してしまうという課題がある。また、保温材が装着されていない場合に、配管の中心軸位置が装置に対してどの位置にあるかをものさし等の測長装置を使用したとしても、正確な中心軸位置を特定することは困難であるという課題がある。なぜならば、放射線源の照射位置(以下、「焦点」という)は放射線発生装置の内部にあり、また放射線検出器の検出素子の位置が放射線検出器の筐体内部にあることから、配管の中心軸位置の正確な位置を外部から測定することができないためである。
【００１１】
本発明の目的は、撮影装置に対する配管の位置の特定が困難な場合であっても、撮影装置に対する配管の中心軸位置の特定し、画像再構成演算時間の増大を抑制することができる配管検査装置および配管検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記目的を達成するために、配管を挟んで放射線源と放射線検出器を対向配置して前記配管の長軸方向に走査し、前記放射線検出器の照射位置から放射線を前記配管に照射し撮影して得られた前記配管の透過データから、前記配管の断層像または立体像を構築する配管検査装置または方法であって、少なくとも1つの前記配管の透過データから配管のエッジ位置を特定し、前記配管のエッジ位置、前記配管の形状情報、及び前記照射位置と前記放射線検出器の検出素子との距離に基づいて、前記照射位置からの前記配管の中心軸位置を検出することを第１の特徴とする。
有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、上記目的を達成するために、第１の特徴に加え、前記配管の形状情報は前記配管の外径またはその半径であることを第２の特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明は、上記目的を達成するために、第１の特徴に加え、前記配管の形状情報は前記配管の設計データから得られる配管外径またはその半径であることを第３の特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、上記目的を達成するために、第１の特徴に加え、前記距離は前記検出器と前記放射線検出器との距離に基づいて得られることを第４の特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明は、上記目的を達成するために、第１の特徴に加え、前記距離は前記照射位置が放射線検出器上に投影される位置であることを第５の特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、上記目的を達成するために、第１の特徴に加え、前記配管中心軸位置検出ステップは前記配管の中心軸位置を前記長軸方向の複数の位置に対して検出し、検出した前記配管の中心軸位置をつなげて連続した配管の中心軸位置を検出することを第６の特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、撮影装置に対する配管の位置の特定が困難な場合であっても、撮影装置に対する配管の中心軸位置の特定でき、画像再構成演算時間の増大を抑制することができる配管検査装置および配管検査方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態である配管検査装置５０１の概要を示した図である。
【図２】本発明の一実施形態である配管の中心軸位置を特定するための処理フローを示した図である。
【図３】本発明の一実施形態である配管検査装置により撮影された透過画像の一例を示し、配管に保温材が装着された場合を示した図である。
【図４】本発明の一実施形態である配管検査装置により撮影された透過画像の一例を示し、配管に保温材が装着されていない場合を示した図である。
【図５】本発明の一実施形態である配管検査装置の放射線源からの放射線の広がりが円錐状(コーンビーム)で配管の透過像撮影を実施した場合の幾何学的関係を示した図である。
【図６】本発明の一実施形態である配管検査装置により得られた図３に示す透過画像から配管のエッジを抽出したエッジ抽出画像を示した図である。
【図７】本発明の一実施形態である配管検査装置の幾何情報の一例を示した図である。
【図８】本発明の一実施形態において放射線源および放射線検出器を一定の速度でラミノグラフィスキャンする様子を示した図である。
【図９】図８に示す断面Ａを示し、配管がＸ線コーンビームにより拡大投影された状態で、Ｘ線焦点や放射線検出器に対する配管中心軸の位置を計算するための方法を模式的に示した図である。
【図１０】本発明の他の実施形態である配管の中心軸位置を特定するための処理フローを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を発電プラントなどに設置された配管を例として図を用いて説明する。
＜実施形態１＞
本発明で一実施形態である配管検査装置５０１の概要を図１に示す。図１は直管１０に対して本実施形態の配管検査装置を適用した場合を示している。
放射線源１および放射線検出器２は、保温材１１が装着された配管１０を挟むようにするスライド機構３ａに取り付けられている。このスライド機構３ａは指示脚３ｃで支持されたスキャナ３ｂ上を配管長軸方向にスライドする。この結果、放射線源１、放射線検出器２は配管１０の径方向に放射線源１および放射線検出器２を一定の速度でラミノグラフィスキャンする。その移動中に放射線検出器２は等距離間隔で透過像撮影(放射線断層撮影)を実施し、複数の透過画像５１を取得する。
【００２１】
スキャナ３ｂや放射線検出器２による透過画像取り込みの制御を制御・画像取り込み装置２１により行う。取り込まれた透過画像５１は記憶装置３１に保存され、その後、断層像または立体像を構築するための画像再構成演算装置２２から呼び出される。構築された断層像または立体像は、記憶装置３２に保存され、欠陥評価をするための画像計測装置２３から呼び出される。また。必要な情報は入力装置２４から入力できる。配管中心軸位置検出装置２５は、後述するように透過データから得られた配管のエッジ位置、配管の形状情報及び照射位置と放射線検出器の検出素子との距離に基づいて前記照射位置からの配管の中心軸位置を検出する。
【００２２】
ここで、図１に示す制御・画像取り込み装置２１、記憶装置３１、画像再構成演算装置２２、記憶装置３２、画像計測装置２３、入力装置２４、配管中心軸位置検出装置２５での構成は一例であり、例えば記憶装置３１と３２は同一の装置を使用することも可能である。
【００２３】
図２に本発明の一実施形態である配管の中心軸位置を特定するための処理フローを示す。本処理では、図１で説明したように、初めに放射線源１および放射線検出器２の配管１０の長軸方向へスライドさせるラミノグラフィスキャンにより、一連の透過画像(ラミノ)５１の撮影を実施する(処理１００１)。続いて図３に示す透過画像５１から配管のエッジ８１を抽出する処理を実施し、配管のエッジ８１の画像上の位置を特定する(処理１００２)。ここで、放射線源１と放射線検出器２の距離等の装置幾何情報を入力(処理１００３)、および撮影対象である配管１０に対する配管形状情報を入力する。本実施形態では公称外径値(または外径値の半径)を入力する(処理１００４)。以上の測定値および入力値に基づき、配管中心軸位置の計算を実施する(処理１００５)。なお、処理１００３で入力する装置幾何情報や配管形状情報は、本処理フローとは別に、装置の設置時のアライメント調整を実施した際に計測したものでよいため、入力のタイミングは処理１００５での配管の中心軸位置計算を実施する前であれば、いずれのタイミングでもかまわない。
【００２４】
以下に、各処理の詳細について述べる。
【００２５】
まず、処理１００１のラミノグラフィスキャンについては、図１で説明したとおりであるため、ここでは省略する。このラミノグラフィスキャンにより撮影された複数の透過画像５１の一例を図３および図４に示す。図３は配管に保温材１１が装着された場合の透過画像５１を、図４は保温材１１が装着されていない場合の透過画像５１を表している。
【００２６】
図５は放射線源１からの放射線の広がりが円錐状(コーンビーム)７２で配管１０の透過像撮影を実施した場合の幾何学的関係を示す図である。放射線源１からコーンビーム状７２で撮影される配管１０は、放射線検出器２上において拡大投影されて画像化される。放射線の広がりがコーンビーム７２の場合、拡大投影された画像における配管の最大幅は、図５に示すように、放射線源の照射位置である焦点１ｆと、コーンビーム７２と配管１０との接線が放射線検出器２と交わる点Ｅ１’、Ｅ２’との間の距離Ｌとなる。すなわち、図５に示す２つの接線を結ぶ線分が放射線検出器２上に配管１０の最大幅として拡大投影される。しかし、コーンビーム７２と配管１０の接点の位置は、放射線源１に対する配管１０の相対位置が事前にわかっていないと特定できない。例えば、配管１０が破線で示す場合もあり、実線で示す場合もあり、どの配管のどの箇所が拡大投影されたか不明である。一般に、コーンビームによる透過画像の拡大率は、放射線源１と撮影対象である被検体の距離、および放射線源１と放射線検出器２の距離の比で求まるが、図５に示すような場合には、拡大投影された箇所とその寸法が未知であり、拡大率から放射線源１に対する配管１０の相対位置を正確に求めることができない。そこで、その正確な位置を求めるために、以下の処理が必要となる。
【００２７】
処理１００２では、配管の透過画像５１から、配管のエッジ８１を画像処理により特定する。画像処理によるエッジ抽出方法は、一般的な画像処理の教科書に記載されている差分形オペレータによる方法やテンプレート形オペレータによる方法等を使用することができる。そのような方法を使用して配管１０の図３に示す透過画像５１からエッジ８１を抽出したエッジ抽出画像５３を図６に示す。
【００２８】
処理１００３では、撮影装置の幾何情報を入力する。幾何情報とは、例えば図７に示すような、放射線源１の焦点位置１ｆと放射線検出器２の検出素子２ｄとの距離ｈを表す。その他の幾何情報としては例えば、放射線源の焦点が放射線検出器上に投影される位置Ｐｏ、あるいは放射線源１内の焦点位置１ｆ及び放射線検出器内の検出素子の位置が明確であれば、放射線源１と放射線検出器２との距離、等でもよい。一般に放射線源１の焦点位置はＸ線発生装置の内部にあり、その位置を外部から正確に計測することは困難である。同様に、放射線検出器２の複数の検出素子からなる２次元的な検出面の位置は、放射線検出器２の筐体内部にあり、その位置を外部から正確に計測することは困難である。このような場合、サイズのわかっている試験体を実際に撮影し、得られた画像からこれらの距離を算出する必要がある。このようにして求めた幾何情報を入力データとして使用する。なお、すでに記載したとおり、処理１００３は処理１００２の後に限らず、幾何情報が得られた段階で実施することが可能である。
【００２９】
処理１００４では、被検体である配管の外径寸法を図１に示す入力装置２４から入力する。こちらもすでに記載したとおり、処理１００４は処理１００２の後に限らず、事前にデータ入力しておくことが可能である。
【００３０】
処理１００５では、放射線源１に対する配管の中心軸位置Ｐを計算する。その計算方法について、図８および図９を用いて以下に述べる。図８は、放射線源１および放射線検出器２を一定の速度でラミノグラフィスキャンする様子を示した図である。図９は、図８に示す断面Ａを示し、配管がＸ線コーンビームにより拡大投影された状態で、Ｘ線焦点や放射線検出器に対する配管の中心軸位置を計算するための方法を模式的に示した図である。
【００３１】
図９は放射線源１の焦点位置１ｆを座標原点Ｏとするｖ、ｕ座標系を有する。図９において、図５と同様に、配管１０のエッジが放射線検出器２上に投影された点をそれぞれＥ１’、Ｅ２’とすると、Ｅ１’、Ｅ２のＸ座標をそれぞれｖ１、ｖ２、ＰｏのＹ座標はｈとなる。なお、点Ｅ１’、Ｅ２’は処理１００２で抽出したエッジのうち、断面Ａに含まれる点である。
そこで、∠ＰｏＯＥ１’＝β１、∠ＰｏＯＥ２’＝β２とすると、β１、β２は式(１)、式(２)となる。
β１＝Ｔａｎ−１（ｖ１／ｈ）              (１)
β２＝Ｔａｎ−１（ｖ２／ｈ）              (２)
次に、∠Ｅ１’ＯＥ２’の二等分線が放射線検出器２と交わる点をＰ’とすると、配管の中心軸位置Ｐは配管１０の中心軸は線分ＯＰ’上にあり、かつ線分ＯＰ’上の点から線分ＯＥ１’、線分ＯＥ２’それぞれに下ろした垂線の長さが配管外半径ｒ(＝配管外径/２)と等しくなる点として求まる。
従って、∠Ｅ１’ＯＥ２’の二等分線の角度θ（＝∠Ｅ１’ＯＰ’＝∠Ｅ２’ＯＰ’）と線分ＯＰの直線式ｖ＝αｕのαは、それぞれ式(３)、式(４)となる。
θ＝（−β１＋β２)／２                  (３)
α＝Ｔａｎ（β１＋β２)                  (４)
線分ＯＰは図９からｒ／sinθであり、また式(５)でも表される。
【００３２】
【数１】
0005400704.tif 000002
従って、点Ｐの座標(ｕｐ、ｖｐ)は式（６）となる。
【００３３】
【数２】
0005400704.tif 000003
このようにして求めた配管の中心軸位置Ｐ(ｕｐ、ｖｐ)を、画像再構成における、初期画像の位置パラメータとして入力する、または自動的に再構成パラメータに反映させる。
【００３４】
配管１０が撮影装置に対して平行でなく傾きを持つような場合が考えられるので、上記の処理を配管長軸方向の複数の断面に対して実施し、それぞれの断面において計算した中心点をつなげて配管中心軸位置として求めることも可能である。
【００３５】
本実施例の方法によれば、配管が保温材に覆われていてその位置を外観から特定することが不可能な場合であっても、配管半径ｒと放射線源１の焦点位置１ｆと放射線検出器２の検出素子２ｄとの距離ｈ、または放射線源１の焦点が放射線検出器２上に投影される座標位置Ｐｏ等の簡単なデータ入力により高精度にその位置を特定でき、初期画像と実際の配管との位置ずれが小さくなるため、画像再構成演算時間の増大を抑制することが可能である。
【００３６】
＜実施形態２＞
図１０に本発明の別の実施形態の処理フローを示す。本実施形態は、配管形状情報として、予めメモリに格納されている配管のＣＡＤデータを使用する方法である。
【００３７】
処理１００１〜処理１００３の処理により、図９に示す放射線源の焦点が放射線検出器上に投影される位置Ｐｏ、配管１０のエッジが放射線検出器２上に投影された点Ｅ１’およびＥ２’が決まる。そこで処理１００４’では、配管のＣＡＤデータを線分ＯＥ１’、およびＯＥ２’それぞれに接するように配置することにより、実施形態１と同様に配管の中心軸位置を求めることができる。このようにして決定した中心軸位置を、実施形態１と同様に画像再構成パラメータとして入力または自動的に反映させる。
【００３８】
本実施形態によれば、配管が保温材に覆われていてその位置を外観から特定することが不可能な場合であっても、ＣＡＤデータ等の設計データに基づき、高精度に配管の中心軸位置を特定でき、初期画像と実際の配管との位置ずれが小さくなるため、画像再構成演算時間の増大を抑制することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の配管検査装置または配管検査方法を用いることで、配管が保温材に覆われている場合のように、配管の中心軸位置を外観から特定することが不可能な場合であっても、配管の中心軸位置を高精度に特定できる。配管がむき出しの状態であっても、本発明の方法および装置を用いれば、実寸計測を実施しなくとも配管の中心軸位置を高精度に特定できる。その結果、計算初期の配管位置と実際の配管位置とのずれが小さくなり、画像再構成演算時間の増大を抑制することが可能である。
また、本発明の方法は、配管に限らず、被検体の形状情報が入手できる場合にも適用可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１：放射線源                      ２：放射線検出器
１０：配管(被検体)                １１：保温材
２１：制御・画像取り込み装置      ２２：画像再構成演算装置
２３：画像計測装置                ３１、３２：記憶装置
５１：透過画像                    ５３：配管エッジ抽出画像
７２：Ｘ線コーンビーム            ８１：配管のエッジ像。
【図１】
0005400704.tif 000004
【図２】
0005400704.tif 000005
【図３】
0005400704.tif 000006
【図４】
0005400704.tif 000007
【図５】
0005400704.tif 000008
【図６】
0005400704.tif 000009
【図７】
0005400704.tif 000010
【図８】
0005400704.tif 000011
【図９】
0005400704.tif 000012
【図１０】
0005400704.tif 000013